2023中国水泥行业碳中和路径研究.docx

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1、中国水泥行业碳中和路径研究2023目录1 .中国水泥行业发展现状11.1. 产量进入高位平台期11.2. 消费集中在房地产和基础设施建设领域11.3. 熟料进口量小幅波动21.4. 熟料产能过剩局面仍未改变31.5. 技术装备水平短期内不具备跨越式发展可能42 .水泥行业碳排放现状42.1. 工艺过程CCh排放（E过程）42.2. 燃料燃烧C02排放（E燃烧）52.3. 电力消耗间接CO2排放（Eiw）52.4. 原材料及产品运输Co2排放62.5. 单位水泥熟料C02排放总量（碳排放强度E小）62.6. 2007年-2022年中国水泥行业碳排放分析63 .水泥行业碳中和路径及关键减碳技术74

2、 .1.碳中和愿景下熟料与水泥需求94.1.1. 水泥熟料消费关联因素趋势分析101）经济发展形势预测102）产业结构形势分析103）人口及城镇化发展形势104）固定资产投资趋势114.1.2. 水泥熟料与水泥消费量预测结果115 .2.燃料替代情景125.1.1. 固体废物燃料125.1.2. 生物质燃料145.1.3. 其他新型燃料145.1.4. 燃料替代情景下的碳减排效果1433能效提升情景163.4. 低水泥情景183.5. CCUS技术情景203.5.1. 国内外发展现状203.5.2. CeUS政策导向233.5.3. 实现碳中和目标过程中CCUS作用263.5.4. CCUS技

3、术应用预测273.6. 碳中和创新技术293.6.1. 外燃式旋窑碳捕集技术303.6.2. 悬浮煨烧技术313.6.3. 全氧燃烧技术313.6.4. 跨行业联合创新颠覆性新技术313.7. 水泥行业碳中和技术路径324.政策建议344.1. 压减水泥低效、高排放产能344.2. 促进循环经济，实现固体废物燃料的大规模生产和应用354.3. 注重高质量发展，将效率提升做到极致354.4. 加大水泥行业CCUS技术研发投入354.5. 推动行业实施碳排放强度控制及碳排放权交易364.6. 强有力的政策支持和财务激励361. 中国水泥行业发展现状1.1. 产量进入高位平台期自1985年以来，我国

4、水泥产量已连续38年稳居世界第一，目前产量约占世界水泥总产量的55%左右。2014年我国水泥产量达到阶段性高点24.8亿吨，2015年-2022年，全国水泥产量基本在22-24亿吨波动。但是，由于近年水泥产品结构变化，高标号水泥使用比例增长，在水泥消费量进入平台期的同时.，水泥熟料消费量仍有小幅增加。受疫情和市场因素影响，2022年全国水泥产量21.18亿吨，降至近十年以来的最低值，创下自1969年以来最大降幅，同比降幅首次达到两位数水平。但是人均水泥消费量约1500千克，依然远高于发达国家人均220500千克的水泥消费峰值。求/遗载姗忙w数据来源：国家统计局图12003-2022年中国水泥产

5、量及增速情况(20年)1.2. 消费集中在房地产和基础设施建设领域水泥应用领域几乎涉及20个国民经济行业门类，房地产(40-45%)和基础设施建设(35-40%)是水泥消费的最重要领域。其中，房地产投资与水泥消费呈正相关关系，其对水泥消费的影响更加直接，甚至成为部分地区影响水泥消费需求的主导因素。农村建设及其图2水泥消费需求构成1.3. 熟料进口量小幅波动中国是水泥生产与消费大国，水泥熟料的进出口量小幅波动，存在不确定性，目前总量较小，对碳排放影响有限。2017年以前，我国一直是水泥出口远高于进口的国家，进口量一直保持在300万吨以下。自2018年以来，水泥行业实施“错峰生产”、“停窑限产”等

6、政策措施，造成了水泥区域性、阶段性短缺和价格高位运行，为水泥产能过剩的东南亚国家向中国出口水泥创造了契机。2018年，对于中国水泥贸易是个特殊的年份，作为全球最大的水泥需求市场，中国从水泥出口远高于进口的国家，转变为一个水泥进口国。2018年进口总量为1363万吨，高于出口总量459万吨。2020年水泥熟料进口规模达到历史最高峰，约占全国水泥熟料消费量的2.1%o越南是我国水泥熟料进口数量最多的国家，2021年占比最高达80.65%o进入2022年，我国水泥熟料价格持续下行，叠加海运费的大幅提高，以及主要进口来源国越南等地，以美元结算导致双向挤压，进口熟料已经无利润空间。根据海关总署统计，20

7、22年我国进口水泥熟料总量为838.48万吨，同比下降69.75%o35.O3000.02500.02000.01500.01000.0).()5()0.0il2015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年2022年熟料进口熟料出口图32015年-2022年中国水泥熟料进出口规模变化l()(X).()S(X).()600.0400.0200.0).()Btei2015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年2022年水泥进口水泥出口图42015年-2022年中国水泥进出口规模变化1.4. 熟料产能过剩局面仍未改变截止到2022年底，全国新型干法水泥

8、生产线累计共有1572条（注：剔除已关停和拆除生产线，不包括日产700吨以下规模生产线），设计熟料年产能18.4亿吨，实际熟料年产能超过20亿吨。从数据来看，新型干法熟料设计产能较2021年略有下降，但总量依旧处于高位。水泥熟料产能利用率的区域差异较大，2022年熟料产能利用率61%,创近年来新低，其中华东、中南、西南地区产能利用率在80%左右，而西北、华北、东北不足50%,产能过剩局面依然没有改变。产能利用率/%55502010年2011年2012年2013年2014年2015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年2022年数据来源：中国水泥协会信息研究中心图5201

9、0年-2022年全国水泥熟料产能利用率15技术装备水平短期内不具备跨越式发展可能水泥生产技术自1824年诞生以来，历经多次变革。从最初的间歇作业的土立窑到1885年的回转窑；从1930年德国的立波尔窑到1950年联邦德国洪堡公司的悬浮预热器窑；到1971年日本在悬浮预热技术的基础上研究成功窑外分解新型干法窑。随着新型干法水泥技术的出现，彻底改变了生产技术格局和发展进程。目前，中国水泥行业生产线近100%采用新型干法水泥生产技术和装备，在规模、技术装备水平上已达国际先进水平，短期内再次实现跨越式发展的可能性不大。2. 水泥行业碳排放现状水泥生产过程排放的温室气体主要涉及CO2,分为直接排放和间接

10、排放，直接排放集中在窑系统，包括能源活动排放（煤炭燃烧）和工艺过程排放（碳酸盐分解），间接排放主要是电力消耗，此外还有少量原材料及产品运输引起的CCh排放。2.1. 工艺过程CC2排放（E过程）工艺过程的二氧化碳排放强度取决于原料类型及水泥品种。生产中所用原材料可分为石灰质原料、粘土质原料、辅助原料三类。考虑到可比性，本研究以熟料产量为基准计算过程碳排放。凡是以CaCo3为主要成分的原料称为石灰质原料，如石灰石、石灰质泥灰岩、白垩。在熟料煨烧过程中，石灰质原料受热分解，生成CaO放出CO20石灰质原料是水泥熟料中CaO的主要来源，是水泥生产中使用最多的一种原料，在生料配比中约占80%,生产1吨

11、熟料约需1.31.5吨石灰质原料。石灰石中伴生的白云石是熟料中Mgo的主要来源。以石灰石为主要原料的硅酸盐水泥熟料中CaO含量约为60-70%,碳酸盐分解公式如下：CaCO3=CaO+CO2MgCO3=MgOCO2据此计算碳酸盐分解时获得1吨CaO同时产生0.786吨CO2,因此每吨熟料排放C20472-0.551吨；MgO含量在1.5%3%区间居多，碳酸盐分解时获得1吨MgO同时产生1.1吨CO2，因此每吨熟料排放CO20.016-0.032吨。由此可以看出，以石灰石为主要原料生产1吨硅酸盐水泥熟料，CO2工艺过程排放量约为0.488-0.583吨。2.2. 燃料燃烧CO2排放（E燃烧）目前

12、我国水泥生产用燃料以煤为主，少量柴油用于回转窑启动时的点火，其CO2排放基本可以忽略。如果以燃烧1吨原煤排放1.93吨CO2,每吨熟料煤耗以150-164公斤原煤估算，生产1吨熟料燃料燃烧排放Co2约为0.290-0.317吨。2.3. 电力消耗间接CCh排放（E间接）水泥生产过程电力消耗造成的CO2排放强度取决于企业自身电力消耗水平和电网的CO2排放因子。2021年12月，生态环境部办公厅发布的企业温室气体排放核算方法与报告指南发电设施（2021年修订版）首次对全国电网平均排放因子进行了更新，由0.6101tCO2MWh（2015年度值）调整为0.5839tC2/MWh,下降约4.3%；在2

13、022年11月的征求意见稿中给出来最新的全国电网平均排放因子0.581OtCO2/MWh。这代表着我国风光等可再生电力的飞速发展以及火电机组单位供电标准煤耗持续下降。水泥熟料综合电耗按照GB16780标准各阶段现有企业限值进行计算（2012年以前为68kWht,2013-2020年为64kWht,2020年以后为61kWht）,电力CO2排放因子采用国家发布的全国电网二氧化碳排放因子，生产1吨水泥熟料电力消耗排放CCh0.035-0.042吨。2.4. 原材料及产品运输CO2排放原材料及成品运输产生的CO2排放取决于运输的距离和采用的运输工具。由于各企业情况不同，差距较大，同时相对前三项C02

14、排放量较小，占总排放量不足1%,在此不作具体测试与计算。2.5. 单位水泥熟料CO2排放总量（碳排放强度反。2）每吨水泥熟料CO2排放总量为：E%&!=E诡+E惴+E须=（0.813-0.942）吨CO2/吨熟料。其中，工艺过程Co2排放、燃料燃烧CCh排放、电力消耗间接Co2排放占比情况如下图所示。石灰石砂岩外购电间接排放生料制备生料均化库国式冷却机35%能源活动排放粉煤仓煤磨回转窑水泥粉磨60%工程m放煤熟料库混合材水泥外购电间接排放(35%)直接排放熟料燃烧排放图6水泥行业碳排放环节示意图2.6. 2007年2022年中国水泥行业碳排放分析根据国家统计局及中国水泥协会的公开数据，2007

15、年-2022年（15年）水泥和熟料产量及变化情况见下图。图 7 2007-2022 年(15 年)中国水泥与水泥熟料产量随着水泥熟料产量的增加，我国水泥行业二氧化碳排放量持续增长。2007-2011年排放量由8.24亿吨增加至12.83亿吨，年均增长13.55%,增长较快;2011-2014年二氧化碳排放量增速放缓，期间水泥产量增加较快，熟料产量增加缓慢，由此可见，熟料的产量直接影响水泥行业碳排放量；2015-2020年二氧化碳排放量呈缓慢上升趋势，到2020年达到13.79亿吨，“十三五”时期年均增长2.71%近两年全国水泥市场需求明显收缩，市场持续低迷叠加供给增加，以及煤炭、石灰石等原燃料价格大幅上涨推升成本，在量价齐跌、成本高涨的双向挤压背景下，伴随行业效益下滑，二氧化碳排放下降趋势也非